桩锚支护式基坑变形特性的数值模拟研究

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基坑工程开始前需对场地的土层分布、土体性质和地下水分布情况有所掌握,并进行支护和降水设计,在此过程中会存在很多难以确定的因素。想要减小施工过程中的危险性、降低对周围其他设施的影响程度,就要充分了解基坑的变形特性并在此基础上制定最适宜的支护方案。桩锚支护结构因具有较强的抑制土体变形的能力、适用范围广、造价相对便宜、安全性高等优点,常被选用作大跨度深基坑的支护方案,因此本文以桩锚支护式深基坑作为研究对象进行研究分析。本文总结了有关基坑变形和桩锚支护结构的研究成果,整理分析了乌兰浩特市某基坑的实际监测数据,并利用FLAC3D软件对基坑的整体进行了数值模拟研究。研究的主要内容为以桩锚支护结构为支护方案的基坑变形特性,并且探究了支护桩和锚索的部分设计参数对桩身变形产生的影响。本文研究成果如下:(1)坑壁水平位移的分布呈现出中间大两边小的形式,说明坑角在一定程度上能限制坑壁水平位移的发展,两坑角之间的坑壁长度越小,这种限制效果就越明显。坑壁后一定范围内的土体会受到坑壁水平位移的影响,其影响范围会随基坑深度的加深而有所增大。坑壁变形最大处在基坑中下部附近。(2)坑底隆起呈现出中间小四周大的塑性隆起变形。坑壁中部受地表沉降的影响范围最大并向两侧逐渐减小。结果表明,坑角在限制地表沉降方面也会起到一定程度的作用。(3)预应力锚索的轴力在水平方向上的分布呈现出中间大两边小的形式,在垂直方向上的分布表现为锚索轴力随层数的增加而增加。锚固段的轴力分布形式为端部轴力最大并向尾端逐渐减小。(4)桩身水平位移会随桩体嵌入段的加深而有所减小,对于本文基坑,当增大到0.6h时,嵌固深度的影响效果就可忽略不计,由此可知嵌固深度对桩身水平方向变形的影响存在一个界限值。在保证工程安全的前提下,适当减小桩径可减小桩顶水平位移。(5)桩身水平位移会随着锚索倾角的增大呈现出先减小后增大的趋势,最适宜的选择范围为10°~25°。支护桩在水平方向的位移会随预应力锚索间距的加大而增大,会随预应力的增大而减小。在对类似工程的支护进行设计或进一步优化时,可参考本文有关支护桩和锚索参数对桩身变形影响的研究成果,考虑坑角效应,根据实际工程情况进行合理设置开挖顺序和制定支护方案。
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